近日，清華大學(xué)天文系通過結(jié)合詹姆斯韋伯望遠(yuǎn)鏡早期釋放的圖像與阿爾瑪望遠(yuǎn)鏡，并利用愛因斯坦引力透鏡的放大效應(yīng)，從觀測上認(rèn)證了目前人類發(fā)現(xiàn)的宇宙最早期的多旋臂漩渦星系。

宇宙最早期的多旋臂漩渦星系

漩渦星系有著突出和定義明確的美麗旋臂。正如我們的銀河系以及很多被人們熟知的近鄰星系，都存在巨大的旋臂結(jié)構(gòu)。1960年代，當(dāng)時(shí)在麻省理工學(xué)院數(shù)學(xué)系任教的林家翹教授和著名華人物理學(xué)家徐遐生（當(dāng)時(shí)年僅19歲）提出的密度波理論可以完美地解釋大旋臂的形成（林家翹先生于2001年受聘清華大學(xué)教授并出任周培源數(shù)學(xué)中心主任）。依據(jù)這一理論，旋臂是旋轉(zhuǎn)的星系盤上恒星高密度區(qū)域的一種圖案。

林家翹教授照片（源自網(wǎng)絡(luò)）

與近鄰星系不同，之前對早期宇宙的觀測表明，星系的形狀很可能是不規(guī)則的。恒星在宇宙早期擁有巨大的速度彌散，而這樣劇烈的運(yùn)動(dòng)則會(huì)阻礙旋臂形成，所以天文學(xué)家廣泛地認(rèn)為高紅移的漩渦星系在早期宇宙中很難形成。

然而，本次清華大學(xué)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)位于早期宇宙的多旋臂星系，它形成于大爆炸后僅20億年左右，距今114億光年，宇宙學(xué)紅移為z=3.06，利用愛因斯坦的引力透鏡效應(yīng)，結(jié)合詹姆斯韋伯高清的分辨率，研究人員發(fā)現(xiàn)了這個(gè)星系明顯的旋臂結(jié)構(gòu)，這是目前唯一一個(gè)在紅移高于3的宇宙發(fā)現(xiàn)的螺旋星系，也是目前人類發(fā)現(xiàn)的最早期的多旋臂星系。這個(gè)星系被命名為A2744-DSG-z3。

研究人員發(fā)現(xiàn)，它處于一個(gè)極其致密的環(huán)境中，并且擁有巨量塵埃。這一星系的質(zhì)量相當(dāng)于百億個(gè)太陽質(zhì)量，并且每年新形成80個(gè)太陽質(zhì)量的恒星。這一觀測進(jìn)一步表明，大旋臂可能是由于致密環(huán)境和星系間的并合觸發(fā)。在宇宙早期，復(fù)雜系統(tǒng)中引入的更多引力擾動(dòng)，有望加速旋臂結(jié)構(gòu)的形成。該星系直徑約為5.8萬光年，接近我們銀河系直徑的一半。

相關(guān)研究成果“認(rèn)證一個(gè)宇宙學(xué)紅移為3.06的多旋臂漩渦星系”（The Identification of a Dusty Multiarm Spiral Galaxy at z = 3.06 with JWST and ALMA）于近日在線發(fā)表于國際權(quán)威期刊《天體物理雜志快報(bào)》（Astrophysical Journal Letter），得到了國際同行的廣泛關(guān)注和國際社交媒體的廣泛討論。

清華大學(xué)天文系蔡崢教授為論文通訊作者，天文系2019級博士研究生吳昀荊為論文第一作者。合作單位包括美國亞利桑那大學(xué)、歐洲南方天文臺、智利天文臺等。

該研究得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國家自然科學(xué)基金委，清華大學(xué)科研院、實(shí)驗(yàn)室處等的支持。（供稿：清華大學(xué)）